Iinux中select函数的使用

Size: px

Start display at page:

Download "Iinux中select函数的使用"

遗虑邴
6 years ago
Views:

1 Iinux 中 select 函数的使用阻塞式 I/O 编程有两个特点 : 一如果一个发现 I\O 有输入, 读取的过程中, 另外一个也有了输入, 这时候不会产生任何反应, 也就是需要你的程序语句去 select 的时候才知道有数据输入二程序去 select 的时候, 如果没有数据输入, 程序会一直等待, 直到有数据位置, 也就是程序中无需循环和 sleep Select 在 Socket 编程中还是比较重要的, 可是对于初学 Socket 的人来说都不太爱用 Select 写程序, 他们只是习惯写诸如 connect accept recv 或 recvfrom 这样的阻塞程序 ( 所谓阻塞方式 block, 顾名思义, 就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生, 如果事件没有发生, 进程或线程就被阻塞, 函数不能立即返回 ) 可是使用 Select 就可以完成非阻塞 ( 所谓非阻塞方式 non-block, 就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生, 一旦执行肯定返回, 以返回值的不同来反映函数的执行情况, 如果事件发生则与阻塞方式相同, 若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生, 而进程或线程继续执行, 所以效率较高 ) 方式工作的程序, 它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况读写或是异常下面详细介绍一下! Select 的函数格式 ( 我所说的是 Unix 系统下的伯克利 socket 编程, 和 windows 下的有区别, 一会儿说明 ): int select(int maxfdp, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *errorfds, struct timeval *timeout); 先说明两个结构体 : 第一,struct fd_set 可以理解为一个集合, 这个集合中存放的是文件描述符 (file descriptor), 即文件句柄, 这可以是我们所说的普通意义的文件, 当然 Unix 下任何设备管道 FIFO 等都是文件形式, 全部包括在内, 所以毫无疑问一个 socket 就是一个文件,socket 句柄就是一个文件描述符 fd_set 集合可以通过一些宏由人为来操作, 比如清空集合 FD_ZERO(fd_set *), 将一个给定的文件描述符加入集合之中 FD_SET(int,fd_set *), 将一个给定的文件描述符从集合中删除 FD_CLR(int,fd_set*), 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写 FD_ISSET(int,fd_set* ) 一会儿举例说明第二,struct timeval 是一个大家常用的结构, 用来代表时间值, 有两个成员, 一个是秒数, 另一个是毫秒数具体解释 select 的参数 : int maxfdp 是一个整数值, 是指集合中所有文件描述符的范围, 即所有文件描述符的最大值加 1, 不能错! 在 Windows 中这个参数的值无所谓, 可以设置不正确

2 fd_set *readfds 是指向 fd_set 结构的指针, 这个集合中应该包括文件描述符, 我们是要监视这些文件描述符的读变化的, 即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了, 如果这个集合中有一个文件可读,select 就会返回一个大于 0 的值, 表示有文件可读, 如果没有可读的文件, 则根据 timeout 参数再判断是否超时, 若超出 timeout 的时间,select 返回 0, 若发生错误返回负值可以传入 NULL 值, 表示不关心任何文件的读变化 fd_set *writefds 是指向 fd_set 结构的指针, 这个集合中应该包括文件描述符, 我们是要监视这些文件描述符的写变化的, 即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了, 如果这个集合中有一个文件可写,select 就会返回一个大于 0 的值, 表示有文件可写, 如果没有可写的文件, 则根据 timeout 参数再判断是否超时, 若超出 timeout 的时间,select 返回 0, 若发生错误返回负值可以传入 NULL 值, 表示不关心任何文件的写变化 fd_set *errorfds 同上面两个参数的意图, 用来监视文件错误异常 struct timeval* timeout 是 select 的超时时间, 这个参数至关重要, 它可以使 select 处于三种状态, 第一, 若将 NULL 以形参传入, 即不传入时间结构, 就是将 select 置于阻塞状态, 一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止 ; 第二, 若将时间值设为 0 秒 0 毫秒, 就变成一个纯粹的非阻塞函数, 不管文件描述符是否有变化, 都立刻返回继续执行, 文件无变化返回 0, 有变化返回一个正值 ; 第三,timeout 的值大于 0, 这就是等待的超时时间, 即 select 在 timeout 时间内阻塞, 超时时间之内有事件到来就返回了, 否则在超时后不管怎样一定返回, 返回值同上述返回值 : 负值 :select 错误正值 : 某些文件可读写或出错 0: 等待超时, 没有可读写或错误的文件在有了 select 后可以写出像样的网络程序来! 举个简单的例子, 就是从网络上接受数据写入一个文件中例子 : main() int sock; FILE *fp; struct fd_set fds; struct timeval timeout=3,0}; //select 等待 3 秒,3 秒轮询, 要非阻塞就置 0

3 char buffer[256]=0}; //256 字节的接收缓冲区 /* 假定已经建立 UDP 连接, 具体过程不写, 简单, 当然 TCP 也同理, 主机 ip 和 port 都已经给定, 要写的文件已经打开 sock=socket(...); bind(...); fp=fopen(...); */ while(1) FD_ZERO(&fds); // 每次循环都要清空集合, 否则不能检测描述符变化 FD_SET(sock,&fds); // 添加描述符 FD_SET(fp,&fds); // 同上 maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1; // 描述符最大值加 1 switch(select(maxfdp,&fds,&fds,null,&timeout)) //select 使用 case -1: exit(-1);break; //select 错误, 退出程序 case 0:break; // 再次轮询 default: if(fd_isset(sock,&fds)) // 测试 sock 是否可读, 即是否网络上有数据 recvfrom(sock,buffer,256,...);// 接受网络数据 if(fd_isset(fp,&fds)) // 测试文件是否可写 fwrite(fp,buffer...);// 写入文件 buffer 清空 ;

4 }// end if break; }// end switch }//end while }//end main select() 的机制中提供一 fd_set 的数据结构, 实际上是一 long 类型的数组, 每一个数组元素都能与一打开的文件句柄 ( 不管是 Socket 句柄, 还是其他文件或命名管道或设备句柄 ) 建立联系, 建立联系的工作由程序员完成, 当调用 select() 时, 由内核根据 IO 状态修改 fd_set 的内容, 由此来通知执行了 select() 的进程哪一 Socket 或文件可读, 下面具体解释 : #include <sys/types.h> #include <sys/times.h> #include <sys/select.h> int select(nfds, readfds, writefds, exceptfds, timeout) int nfds; fd_set *readfds, *writefds, *exceptfds; struct timeval *timeout; ndfs:select 监视的文件句柄数, 视进程中打开的文件数而定, 一般设为呢要监视各文件中的最大文件号加一 readfds:select 监视的可读文件句柄集合 writefds: select 监视的可写文件句柄集合 exceptfds:select 监视的异常文件句柄集合 timeout: 本次 select() 的超时结束时间 ( 见 /usr/sys/select.h, 可精确至百万分之一秒!) 当 readfds 或 writefds 中映象的文件可读或可写或超时, 本次 select() 就结束返回程序员利用一组系统提供的宏在 select() 结束时便可判断哪一文件可读或可写对 Socket 编程特别有用的就是 readfds 几只相关的宏解释如下 : FD_ZERO(fd_set *fdset): 清空 fdset 与所有文件句柄的联系 FD_SET(int fd, fd_set *fdset): 建立文件句柄 fd 与 fdset 的联系 FD_CLR(int fd, fd_set *fdset): 清除文件句柄 fd 与 fdset 的联系 FD_ISSET(int fd, fdset *fdset): 检查 fdset 联系的文件句柄 fd 是否可读写,>0 表示可读写 ( 关于 fd_set 及相关宏的定义见 /usr/include/sys/types.h)

5 这样, 你的 socket 只需在有东东读的时候才读入, 大致如下 :... int sockfd; fd_set fdr; struct timeval timeout =..;... for(;;) FD_ZERO(&fdR); FD_SET(sockfd, &fdr); switch (select(sockfd + 1, &fdr, NULL, &timeout)) case -1: error handled by u; case 0: timeout hanled by u; default: if (FD_ISSET(sockfd)) now u read or recv something; /* if sockfd is father and server socket, u can now accept() */ } } } 所以一个 FD_ISSET(sockfd) 就相当通知了 sockfd 可读至于 struct timeval 在此的功能, 请 man select 不同的 timeval 设置使使 select() 表现出超时结束无超时阻塞和轮询三种特性由于 timeval 可精确至百万分之一秒, 所以 Windows 的 SetTimer() 根本不算什么你可以用 select() 做一个超级时钟 FD_ACCEPT 的实现? 依然如上, 因为客户方 socket 请求连接时, 会发送连接请求报文, 此时 select() 当然会结束,FD_ISSET(sockfd) 当然大于零, 因为有报文可读嘛! 至于这方面的应用, 主要在于服务方的父 Socket, 你若不喜欢主动 accept(), 可改为如上机制来 accept() 至于 FD_CLOSE 的实现及处理, 颇费了一堆 cpu 处理时间, 未完待续 -- 讨论关于利用 select() 检测对方 Socket 关闭的问题 : 仍然是本地 Socket 有东东可读, 因为对方 Socket 关闭时, 会发一个关闭连接通知报文, 会马上被 select() 检测到的关于 TCP 的连接 ( 三次握手 ) 和关闭 ( 二次握手 ) 机制, 敬请参考有关 TCP/IP 的书籍

6 不知是什么原因,UNIX 好象没有提供通知进程关于 Socket 或 Pipe 对方关闭的信号, 也可能是 cpu 所知有限总之, 当对方关闭, 一执行 recv() 或 read(), 马上回返回 -1, 此时全局变量 errno 的值是 115, 相应的 sys_errlist[errno] 为 "Connect refused"( 请参考 /usr/include/sys/errno.h) 所以, 在上篇的 for(;;)...select() 程序块中, 当有东西可读时, 一定要检查 recv() 或 read() 的返回值, 返回 -1 时要作出关断本地 Socket 的处理, 否则 select() 会一直认为有东西读, 其结果曾几令 cpu 伤心欲断针脚不信你可以试试 : 不检查 recv() 返回结果, 且将收到的东东 ( 实际没收到 ) 写至标准输出... 在有名管道的编程中也有类似问题出现具体处理详见拙作 : 发布一个有用的 Socket 客户方原码至于主动写 Socket 时对方突然关闭的处理则可以简单地捕捉信号 SIGPIPE 并作出相应关断本地 Socket 等等的处理 SIGPIPE 的解释是 : 写入无读者方的管道在此不作赘述, 请详 man signal 以上是 cpu 在作 tcp/ip 数据传输实验积累的经验, 若有错漏, 请狂炮击之唉, 昨天在 hacker 区被一帮孙子轰得差点儿没短路 ren cpu( 奔腾的心 ) z80 补充关于 select 在异步 ( 非阻塞 )connect 中的应用, 刚开始搞 socket 编程的时候我一直都用阻塞式的 connect, 非阻塞 connect 的问题是由于当时搞 proxy scan 而提出的呵呵通过在网上与网友们的交流及查找相关 FAQ, 总算知道了怎么解决这一问题. 同样用 select 可以很好地解决这一问题. 大致过程是这样的 : 1. 将打开的 socket 设为非阻塞的, 可以用 fcntl(socket, F_SETFL, O_NDELAY) 完成 ( 有的系统用 FNEDLAY 也可 ). 2. 发 connect 调用, 这时返回 -1, 但是 errno 被设为 EINPROGRESS, 意即 connect 仍旧在进行还没有完成. 3. 将打开的 socket 设进被监视的可写 ( 注意不是可读 ) 文件集合用 select 进行监视, 如果可写, 用 getsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, sizeof(int)); 来得到 error 的值, 如果为零, 则 connect 成功. 在许多 unix 版本的 proxyscan 程序你都可以看到类似的过程, 另外在 solaris 精华区 -> 编程技巧中有一个通用的带超时参数的 connect 模块.

Slide 1

网络编程入门篇 Select: 非阻塞 Socket 编程目录基础知识具体示例注意事项示例代码讲解基础知识基础知识在 RT-Thread 使用 socket 网络编程时, 由于 socket 的 recv 和 send 的实现是阻塞式的, 因此当一个任务调用 recv() 函数接收数据时, 如果 socket 上并没有接收到数据, 这个任务将阻塞在 recv() 函数里这个时候,